一种基于表面等离子体环形谐振腔带通滤波器的设计与研究.doc

摘要：一种基于表面等离子体环形谐振腔的带通滤波器被提出来。这种滤波器是由两个金属-绝缘体-金属和环形谐振器直接耦合而成的。表面等离子体激元在这种特殊结构中的透射特性能够运用有限元法数字化的模拟出来。系统地研究这种透射光谱图，我们能够分析出它的波导特性。本文利用时域有限差分法及COMSOL多物理场耦合软件进行模拟，通过改变其波导的宽度、环的半径以及波导与环的耦合距离；通过模拟实验得到的数据运用Origin绘图软件绘制透射光谱图，数字化地分析与研究“L”形的基于表面等离子体激元的带通滤波器的透射光谱特性。

本文主要的研究如下：

（1）研究“L”形表面等离子体环形谐振腔带通滤波器波导宽为50nm，耦合距离为10nm，环形谐振腔的外半径为180nm时的最佳透射波长，模拟实验得出其最佳透射波长为800nm。

（2）研究“L”形表面等离子体环形谐振腔带通滤波器透射光谱随环形谐振腔半径改变的变化，从而研究其透射特性。从模拟实验中可知，随着半径的增加，最佳透射波长出现红移现象，最佳透射波长与环形谐振腔半径成线性关系，并且透射率也随之减小。

（3）研究“L”形表面等离子体环形谐振腔带通滤波器透射光谱随波导宽度的变化的特性。很明显的是随波导宽的增加，最佳透射波长出现蓝移现象，最佳透射波长与波导宽成线性关系，且透射率也随之增大。

（4）研究“L”形表面等离子体环形谐振腔带通滤波器透射光谱随耦合距离变化的特性。从模拟实验可知，在高峰处随耦合距离的增加，除了透射率减少的较为明显外，最佳透射波长在800nm左右几乎没有变化多少。而在矮峰处，随耦合距离的增加最佳透射波长出现红移，透射率也随之减小。

关键词 表面等离子体激元；带通滤波器；环形谐振腔；透射光谱

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 研究背景及意义-1

1.2 表面等离子体激元-3

1.2.1 产生机理-3

1.2.2 基本性质-3

2 金属纳米腔耦合波导-7

2.1 多层膜结构-7

2.1.1 MIM结构-7

2.1.2 能量约束和有效约束长度-8

3 “L”形的金属纳米腔耦合波导模拟实验-10

3.1 结构与模拟-10

3.2 模拟实验结果与分析-11

3.2.1 “L”形结构的透射光谱-11

3.2.2“L”形波导结构不同半径的环形谐振腔的透射光谱研究-12

3.2.3“L”形波导结构不同耦合波导宽的透射特性研究-14

3.1.4“L”形波导结构不同耦合距离的透射特性研究-16

4结论与展望-19

4.1 结论-19

4.2 展望-19

致谢-20

参考文献-21